Un bloc est une sorte de levier ; c'est une roue avec une rainure (Fig. 1) ; une corde, un câble, une corde ou une chaîne peut passer à travers la rainure.

Fig. 1. Forme générale bloc

Les blocs sont divisés en mobiles et fixes.

L'axe d'un bloc fixe est fixe ; lors du levage ou de l'abaissement d'une charge, il ne monte ni ne descend. Le poids de la charge que nous soulevons sera noté P, la force appliquée sera notée F, le point d'appui sera noté O (Fig. 2).

Figure 2. Bloc fixe

Le bras de force P sera le segment OA (bras de force l1), bras de force segment F OB (bras de force l2) (Fig. 3). Ces segments sont les rayons de la roue, alors les bras sont égaux au rayon. Si les épaules sont égales, alors le poids de la charge et la force que nous appliquons pour soulever sont numériquement égaux.

Figure 3. Bloc fixe

Un tel bloc n'apporte aucun gain de résistance. On peut en conclure qu'il est conseillé d'utiliser un bloc fixe pour faciliter le levage ; il est plus facile de soulever la charge vers le haut, en utilisant une force dirigée vers le bas.

Un dispositif dans lequel l'essieu peut être levé et abaissé avec une charge. L'action est similaire à l'action d'un levier (Fig. 4).

Riz. 4. Bloc mobile

Pour faire fonctionner ce bloc, une extrémité de la corde est fixée, une force F est appliquée à l'autre extrémité pour soulever une charge de poids P, la charge est attachée au point A. Le point d'appui lors de la rotation sera le point O, car à chaque moment du mouvement, le bloc tourne et le point O sert de point d'appui (Fig. 5).

Riz. 5. Bloc mobile

La valeur du bras de force F est de deux rayons.

La valeur du bras de force P est un rayon.

Les bras des forces diffèrent d'un facteur deux ; selon la règle de l'équilibre du levier, les forces diffèrent d'un facteur deux. La force nécessaire pour soulever une charge de poids P sera la moitié du poids de la charge. Le bloc mobile confère un double avantage en termes de résistance.

En pratique, des combinaisons de blocs sont utilisées pour modifier la direction d'action de la force appliquée pour le levage et la réduire de moitié (Fig. 6).

Riz. 6. Combinaison de blocs mobiles et fixes

Au cours de la leçon, nous nous sommes familiarisés avec la structure d'un bloc fixe et mobile et avons appris que les blocs sont des types de leviers. Pour résoudre des problèmes sur ce sujet, vous devez vous rappeler la règle de l'équilibre des leviers : le rapport des forces est inversement proportionnel au rapport des bras de ces forces.

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3. scienceland.info().

Devoirs

1. Découvrez par vous-même ce qu'est un palan à chaîne et quels gains de puissance il procure.
2. Où les blocs fixes et mobiles sont-ils utilisés dans la vie quotidienne ?
3. Qu'est-ce qui est le plus facile à grimper : grimper sur une corde ou grimper à l'aide d'un bloc fixe ?

Les blocs sont utilisés pour soulever des charges. Le bloc est une roue avec une rainure, montée dans un support. Une corde, un câble ou une chaîne passe dans la goulotte à blocs. immobile ils appellent un tel bloc dont l'axe est fixe et lors du levage de charges, il ne monte ni ne descend (Fig. 1, a, b).

Un bloc fixe peut être considéré comme un levier à bras égaux, dans lequel les bras des forces appliquées sont égaux au rayon de la roue. Par conséquent, il résulte de la règle des moments qu'un bloc stationnaire n'apporte aucun gain de force. Cela permet de changer la direction de la force.

La figure 2, a, b montre bloc mobile(l'axe du bloc monte et descend avec la charge). Un tel bloc tourne autour de l'axe instantané O. La règle du moment pour celui-ci aura la forme

Ainsi, le bloc mobile donne un double gain de solidité.

Habituellement, dans la pratique, une combinaison d'un bloc fixe et d'un bloc mobile est utilisée (Fig. 3). Le bloc fixe est utilisé uniquement pour des raisons de commodité. En changeant la direction de la force, il permet, par exemple, de soulever une charge en se tenant au sol.

Thèmes du codificateur de l'examen d'État unifié : mécanismes simples, efficacité des mécanismes.

Mécanisme - il s'agit d'un dispositif permettant de convertir la force (de l'augmenter ou de la diminuer).
Mécanismes simples - un levier et un plan incliné.

Bras de levier.

Bras de levier - Ce solide, qui peut tourner autour d'un axe fixe. En figue.

1) montre un levier avec un axe de rotation. Les forces et sont appliquées aux extrémités du levier (points et ). Les épaules de ces forces sont respectivement égales et.

La condition d'équilibre du levier est donnée par la règle des moments : , d'où

Riz. 1. Levier

De cette relation il résulte que le levier donne un gain de force ou de distance (selon l'usage pour lequel il est utilisé) d'autant plus que le plus grand bras est plus long que le plus petit.

Par exemple, pour soulever une charge de 700 N avec une force de 100 N, vous devez prendre un levier avec un rapport de bras de 7:1 et placer la charge sur le bras court. Nous gagnerons 7 fois en force, mais nous perdrons la même quantité en distance : l'extrémité du bras long décrira un arc 7 fois plus grand que l'extrémité du bras court (c'est-à-dire la charge).

Des exemples de leviers qui permettent de gagner en force sont une pelle, des ciseaux et des pinces. La rame du rameur est le levier qui donne le gain de distance. Et les balances à levier ordinaires sont un levier à bras égaux qui n'apporte aucun gain en distance ou en force (sinon elles peuvent être utilisées pour peser les clients).

Bloc fixe. Un type de levier important est bloc

- une roue fixée dans une cage comportant une rainure dans laquelle passe un cordage. Dans la plupart des problèmes, une corde est considérée comme un fil inextensible et en apesanteur.

En figue. La figure 2 montre un bloc fixe, c'est-à-dire un bloc avec un axe de rotation fixe (passant perpendiculairement au plan du dessin passant par le point ). A l'extrémité droite du fil, un poids est attaché à un point. Rappelons que le poids corporel est la force avec laquelle le corps appuie sur le support ou étire la suspension. DANS

dans ce cas

le poids est appliqué au point où la charge est attachée au fil.

Une force est appliquée à l’extrémité gauche du fil en un point.

Le bras de force est égal à , où est le rayon du bloc. Le poids du bras est égal à . Cela signifie que le bloc fixe est un levier à bras égaux et n'apporte donc ni gain de force ni de distance : d'une part, nous avons l'égalité, et d'autre part, dans le processus de déplacement de la charge et du fil, le mouvement du le point est égal au mouvement de la charge.

Pourquoi alors avons-nous besoin d’un bloc fixe ? C’est utile car cela permet de changer la direction de l’effort. Généralement, un bloc fixe est utilisé dans le cadre de mécanismes plus complexes. bloc mobile, dont l'axe se déplace avec la charge. Nous tirons le fil avec une force appliquée en un point et dirigée vers le haut. Le bloc tourne et en même temps se déplace également vers le haut, soulevant une charge suspendue à un fil.

A un instant donné, le point fixe est le point, et c'est autour de lui que le bloc tourne (il « roulerait » sur le point). On dit aussi que l'axe de rotation instantané du bloc passe par la pointe (cet axe est dirigé perpendiculairement au plan du dessin).

Le poids de la charge est appliqué au point où la charge est attachée au filetage. Le levier de force est égal à .

Mais l'épaule de la force avec laquelle on tire le fil s'avère être deux fois plus grande : elle est égale à . En conséquence, la condition d'équilibre de la charge est l'égalité (ce que nous voyons sur la figure 3 : le vecteur est deux fois moins long que le vecteur).

Par conséquent, le bloc mobile donne un double gain de solidité. En même temps, cependant, nous perdons d'autant en distance : pour soulever la charge d'un mètre, il faudra déplacer la pointe de deux mètres (c'est-à-dire retirer deux mètres de fil).

Le bloc de la Fig. 3 il y a un inconvénient : tirer le fil vers le haut (au-delà du point) n'est pas le plus meilleure idée. D'accord, il est beaucoup plus pratique de tirer le fil vers le bas ! C'est là que le bloc stationnaire vient à notre secours.

En figue. 4 montré mécanisme de levage, qui est une combinaison d’un bloc mobile et d’un bloc fixe. Une charge est suspendue au bloc mobile et le câble est en outre projeté sur le bloc fixe, ce qui permet de tirer le câble vers le bas pour soulever la charge. La force externe exercée sur le câble est à nouveau symbolisée par le vecteur .

Fondamentalement cet appareil n'est pas différent d'un bloc en mouvement : avec son aide, nous obtenons également un double gain de force.

Plan incliné.

Comme nous le savons, il est plus facile de faire rouler un baril lourd le long de passerelles inclinées que de le soulever verticalement. Les ponts sont donc un mécanisme qui permet de gagner en solidité.

En mécanique, un tel mécanisme est appelé plan incliné. Plan incliné - c'est plat surface plane, situé à un certain angle par rapport à l'horizontale. Dans ce cas, ils disent brièvement : « plan incliné avec un angle ».

Trouvons la force qui doit être appliquée à une charge de masse afin de la soulever uniformément le long d'un plan incliné lisse avec un angle . Cette force est bien entendu dirigée le long du plan incliné (Fig. 5).

Sélectionnons l'axe comme indiqué sur la figure. Puisque la charge se déplace sans accélération, les forces agissant sur elle sont équilibrées :

On projette sur l'axe :

C’est exactement la force qui doit être appliquée pour déplacer la charge sur un plan incliné.

Pour soulever uniformément la même charge verticalement, une force égale à . On voit que, depuis . Un plan incliné donne effectivement un gain de force, et plus l'angle est petit, plus le gain est important.

Les types de plans inclinés les plus utilisés sont cale et vis.

La règle d'or de la mécanique.

Un mécanisme simple peut donner un gain de force ou de distance, mais ne peut pas donner un gain de travail.

Par exemple, un levier avec un ratio de levier de 2:1 donne un double gain de force. Afin de soulever un poids sur la plus petite épaule, vous devez appliquer une force sur la plus grande épaule. Mais pour élever la charge en hauteur, il faudra abaisser le bras le plus grand de , et le travail effectué sera égal à :

c'est-à-dire la même valeur que sans utiliser le levier.

Dans le cas d'un plan incliné, on gagne en résistance, puisqu'on applique à la charge une force inférieure à la force de gravité. Cependant, pour élever la charge à une hauteur supérieure à la position initiale, il faut suivre le plan incliné. En même temps nous travaillons

c'est-à-dire la même chose que lors du levage vertical d'une charge.

Ces faits sont des manifestations de ce qu’on appelle la règle d’or de la mécanique.

La règle d'or de la mécanique. Aucun des mécanismes simples n’apporte de gains de performances. Le nombre de fois où nous gagnons en force, le même nombre de fois où nous perdons en distance, et vice versa.

La règle d’or de la mécanique n’est rien d’autre qu’une simple version de la loi de conservation de l’énergie.

Efficacité du mécanisme.

En pratique, il faut distinguer le travail utile UN utile, qui doit être accompli à l’aide d’un mécanisme en conditions idéales absence de pertes et fonctionnement complet UN complet,
qui est réalisé dans le même but dans une situation réelle.

Le travail total est égal à la somme :
-travail utile;
-travail effectué contre les forces de frottement dans diverses pièces mécanisme;
-travail effectué pour déplacer les éléments constitutifs du mécanisme.

Ainsi, lorsque vous soulevez une charge avec un levier, vous devez en outre effectuer un travail pour vaincre la force de frottement dans l'axe du levier et déplacer le levier lui-même, qui a un certain poids.

Un travail complet est toujours plus utile. Le rapport entre le travail utile et le travail total est appelé coefficient de performance (efficacité) du mécanisme :

=UN utile/ UN complet

L'efficacité est généralement exprimée en pourcentage. L'efficacité des mécanismes réels est toujours inférieure à 100 %.

Calculons l'efficacité d'un plan incliné avec un angle en présence de frottement. Le coefficient de frottement entre la surface du plan incliné et la charge est égal à .

Laissez la charge de masse s'élever uniformément le long du plan incliné sous l'action de la force d'un point à l'autre jusqu'à une hauteur (Fig. 6). Dans le sens opposé au mouvement, la force de frottement du glissement agit sur la charge.

Il n'y a pas d'accélération, donc les forces agissant sur la charge sont équilibrées :

On projette sur l'axe X :

. (1)

On projette sur l'axe Y :

. (2)

En plus,

, (3)

De (2) on a :

Puis à partir de (3) :

En substituant cela dans (1), on obtient :

Le travail total est égal au produit de la force F et du chemin parcouru par le corps le long de la surface du plan incliné :

UN plein =.

Le travail utile est évidemment égal à :

UN utile =.

Pour l’efficacité recherchée on obtient :

Mission de recherche

En utilisant le système de blocs, vous gagnerez 2,3,4 fois plus de force. Quels autres gains avez-vous obtenus ? Fournir des schémas de connexion et des photos .

Cible: En utilisant le système de blocs, obtenez un gain de force de 2,3,4 fois.

Plan:

Découvrez ce que sont les blocs et à quoi ils servent.

Faites des expériences avec des blocs, obtenez un gain de force de 2,3,4 fois.

Postulez pour du travail.

Réalisez un reportage photo.

Rapport:

Nous avons étudié qu'un bloc fixe ne donne pas de gain de résistance, mais qu'un bloc mobile donne un gain de résistance 2 fois supérieur.

Nous émettons une hypothèse :

Expérience n°1. Obtenir un gain de puissance 2x en utilisant un bloc mobile .

Équipement: trépied, 2 accouplements, 1 pied, tige, 1 bloc mobile, 1 bloc fixe, 1 kg de poids (pesant 10 N), dynamomètre, corde.

Réalisation de l'expérience :

1. Fixez un bloc fixe ou une tige à un trépied, de sorte que le plan du bloc fixe et l'extrémité de la tige se trouvent dans le même plan.

2. Fixez une extrémité de la corde à la tige, lancez la corde par-dessus le bloc mobile et à travers le bloc fixe.

3. Accrochez un poids au crochet du bloc mobile et attachez un dynamomètre à l'extrémité libre de la corde.

5. Tirez une conclusion.

Résultats de mesure:

Conclusion: F= P/2, le gain en force est de 2 fois.

Équipement. Installation pour l'expérience n°1.

Réalisation de l'expérience n°1.

Expérience n°2. Obtenez un gain de puissance 4x en utilisant 2 blocs mobiles.

Équipement: trépied, 2 blocs mobiles, 2 blocs fixes, 2 poids de 1 kg (pesant 10 N) chacun, dynamomètre, corde.

Réalisation de l'expérience :

1.Sur un trépied, à l'aide de 3 accouplements et de 2 pieds, fixez 2 blocs fixes et une tige de manière à ce que les plans des blocs et l'extrémité de la tige soient dans le même plan.

2. Fixez une extrémité de la corde à la tige, lancez la corde séquentiellement à travers le 1er bloc mobile, le 1er bloc fixe, le 2ème bloc mobile, le 2ème bloc fixe.

3. Accrochez un poids au crochet de chaque bloc mobile et attachez un dynamomètre à l'extrémité libre de la corde.

4. Mesurez la force de traction (du bras) avec un dynamomètre et comparez-la avec le poids des poids.

5. Tirez une conclusion.

Installation pour l'expérience n°2.

Résultats de mesure:

Conclusion:F= P/4, le gain en force est de 4 fois.

Expérience n°3. Obtenir une force multipliée par 3 grâce au 1er bloc mobile.

Pour obtenir un gain de force 3 fois supérieur, vous devez utiliser 1,5 blocs mobiles. Puisqu'il est impossible de séparer la moitié du bloc mobile, vous devez utiliser la corde deux fois : une fois, lancez la corde complètement par-dessus, la deuxième fois attachez l'extrémité de la corde à sa moitié, c'est-à-dire au centre.

Équipement: trépied, 1 bloc mobile avec deux crochets, 1 bloc fixe, 1 poids de 1 kg (pesant 10 N), dynamomètre, corde.

Réalisation de l'expérience :

1. Fixez 1 bloc fixe au trépied à l'aide d'un couplage.

2. Attachez une extrémité de la corde au crochet supérieur du bloc mobile, attachez un poids au crochet inférieur du bloc mobile.

3. Lancez la corde séquentiellement depuis le crochet supérieur du bloc mobile à travers le bloc fixe, à nouveau autour du bloc mobile et à nouveau à travers le bloc fixe, et accrochez le dynamomètre à l'extrémité libre de la corde. Il doit y avoir 3 cordes sur lesquelles repose le bloc mobile - 2 sur les bords (bloc complet) et une vers son centre (demi-bloc). Nous utilisons donc 1,5 bloc mobile.

4. Mesurez la force de traction (du bras) avec un dynamomètre et comparez-la avec le poids du poids.

5. Tirez une conclusion.

Installation pour l'expérience n°3. Réalisation de l'expérience n°3.

Résultats de mesure:

Conclusion:F= P/3, le gain de force est 3 fois.

Conclusion:

Après avoir réalisé les expériences n°1 à 3, nous avons testé l'hypothèse avancée avant l'étude. Elle a été confirmée. Sur la base des résultats des expériences, nous avons découvert les faits suivants :

pour obtenir une force multipliée par 2, vous devez utiliser 1 bloc mobile ;

pour gagner 4 fois en force, vous devez utiliser 2 blocs mobiles ;

pour gagner 3 fois, vous devez utiliser 1,5 blocs mobiles.

Nous avons également remarqué que les gains sont valables égal au nombre cordes sur lesquelles reposent les blocs mobiles :

dans l'expérience n°1 : 1 bloc mobile repose sur2 cordes - gagner en force dans2 fois;

dans l'expérience n°2 : 2 blocs mobiles reposent sur4 cordes - gagner en force dans4 fois;

dans l'expérience n°3, le bloc mobile repose sur3 cordes - gagner en force dans3 fois.

Ce modèle peut être appliqué pour obtenir n’importe quel numéro gagnant en puissance. Par exemple, pour obtenir un gain multiplié par 8, vous devez utiliser 4 blocs mobiles pour qu'ils reposent sur 8 cordes.

Application:

Schémas fonctionnels pour les expériences n° 1-3.

Voir page suivante.

Le bloc est constitué d'une ou plusieurs roues (rouleaux) encerclées par une chaîne, une courroie ou un câble. Tout comme un levier, une poulie réduit la force nécessaire pour soulever une charge, mais elle peut également changer la direction de la force appliquée.

Le gain de force se fait au détriment de la distance : moins il faut d'effort pour soulever une charge, plus la distance que doit parcourir le point d'application de cet effort est longue. Le système de blocs augmente les gains de puissance grâce à l'utilisation de plus chaînes porteuses de charges. De tels dispositifs d'économie d'énergie ont une très large gamme d'applications - du déplacement de poutres en acier massives à la hauteur des chantiers de construction en passant par le lever de drapeaux.

Comme pour d’autres mécanismes simples, les inventeurs du bloc sont inconnus. Bien que les blocs aient pu exister auparavant, la première mention d'eux dans la littérature remonte au Ve siècle avant JC et concerne l'utilisation de blocs par les Grecs de l'Antiquité sur les navires et dans les théâtres.

Systèmes de blocs mobiles montés sur un rail suspendu (photo ci-dessus) largement utilisés sur les chaînes de montage car ils facilitent grandement le déplacement des pièces lourdes. La force appliquée (F) est égale au poids de la charge (W) divisé par le nombre de chaînes utilisées pour la supporter (n).

Blocs fixes simples

Ce type de poulie le plus simple ne réduit pas la force nécessaire pour soulever la charge, mais il change la direction de la force appliquée, comme le montrent les figures ci-dessus et en haut à droite. Bloc fixe sur le dessus du mât du drapeau facilite le levage du drapeau en permettant de tirer vers le bas le cordon auquel le drapeau est attaché.

Blocs mobiles simples

La poulie unique, qui peut être déplacée, réduit de moitié la force nécessaire pour soulever la charge. Cependant, diviser par deux la force appliquée signifie que le point d’application doit parcourir deux fois plus loin. Dans ce cas, la force est égale à la moitié du poids (F=1/2W).

Systèmes de blocs

Lors de l'utilisation d'une combinaison d'un bloc fixe et d'un bloc mobile, la force appliquée est un multiple du nombre total de chaînes porteuses. Dans ce cas, la force est égale à la moitié du poids (F=1/2W).

Cargaison, suspendu verticalement à travers le bloc, permet de tendre les fils électriques horizontaux.

Ascenseur suspendu(photo ci-dessus) se compose d’une chaîne enroulée autour d’un bloc mobile et de deux blocs fixes. Soulever une charge nécessite une force qui ne représente que la moitié de son poids.

Palan à poulie, couramment utilisé dans les grandes grues (photo de droite), se compose d'un ensemble de blocs mobiles auxquels la charge est suspendue et d'un ensemble de blocs fixes fixés à la flèche de la grue. En gagnant en force grâce à autant de blocs, la grue peut soulever très Charges lourdes par exemple des poutres en acier. Dans ce cas, la force (F) est égale au quotient du poids de la charge (W) divisé par le nombre de câbles porteurs (n).